趙慶亮++鄭培培++裴志勇

摘 要：V型坡度是影響承壓舟浮橋安全營(yíng)運(yùn)的一個(gè)重要因素，本文對(duì)第四代承壓舟浮橋不同V型坡度引起的軸重變化進(jìn)行了研究，進(jìn)行了V型坡實(shí)橋試驗(yàn)和V型坡模型試驗(yàn)，得到了六軸大載重掛車在V型坡度分別為1%，2%，3%和4%時(shí)軸重變化情況。根據(jù)承壓舟浮橋長(zhǎng)期營(yíng)運(yùn)經(jīng)驗(yàn)，分析并確定了承壓舟浮橋安全營(yíng)運(yùn)時(shí)的許用V型坡度。

關(guān)鍵詞：承壓舟浮橋；浮橋安全；V型坡試驗(yàn)；許用V型坡度

中圖分類號(hào)：U664 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—7973（2016）12-0049-03

1 研究背景

承壓舟浮橋是我國(guó)黃河流域應(yīng)用較為廣泛的一型特種制式舟橋器材。承壓舟浮橋建造周期短，經(jīng)濟(jì)性好，易拆卸，適合在水位、泥沙沖淤變化大的江、海、湖中搭設(shè)，而且可通過(guò)改變承壓舟結(jié)構(gòu)尺寸來(lái)適應(yīng)建造地區(qū)河床特點(diǎn)。因此，承壓舟浮橋在人口密集、經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速、跨河交通需求大而通航受限的水域有著很好的應(yīng)用前景。

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，社會(huì)車輛的承載能力大幅提升，載重量超過(guò)150t的大載重掛車日漸增多，由此對(duì)承壓舟的設(shè)計(jì)和安全營(yíng)運(yùn)提出了更高的要求。承壓舟浮橋多采用帶舷伸結(jié)構(gòu)的雙體船鉸接而成，當(dāng)重載掛車前后車輪落在不同承壓舟上時(shí)可能造成V型坡，導(dǎo)致前部車輪懸空不承重，相應(yīng)重量由其它車軸分擔(dān)，從而造成部分車軸的軸重急劇增加，易造成車輛爆胎或斷軸等嚴(yán)重事故，影響承壓舟橋的安全運(yùn)營(yíng)。因此，研究承壓舟浮橋V型坡度引起車輛軸重的變化對(duì)于提高承壓舟浮橋通行能力和安全保障能力有著重要意義。本研究中除了對(duì)山東省胡家岸千噸級(jí)雙向四車道承壓舟浮橋V型坡引起的車輛軸重變化進(jìn)行了實(shí)橋試驗(yàn)外，還對(duì)車輪不同位置時(shí)不同縱坡度引起車輪軸重變化進(jìn)行了模型試驗(yàn)研究。

2 V型坡引起軸重變化試驗(yàn)研究

2.1 V型坡實(shí)橋試驗(yàn)

為研究重載掛車在不同V型坡度下軸重變化情況，在承壓舟浮橋上進(jìn)行了V型坡實(shí)橋試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)將一輛150t的六軸載重掛車停在兩承壓舟鉸接區(qū)域，前三輪在一承壓舟上，后三輪在另一承壓舟上，如圖1所示。在各輪胎下布置傳感器，此時(shí)承壓舟在支耳處會(huì)形成V型坡。通過(guò)其它不同重量重載掛車停在支耳附近的鄰車道不同位置，來(lái)調(diào)整V型坡度，如圖2所示，分別測(cè)量不同坡度下掛車各軸的軸重并記錄數(shù)據(jù)。試驗(yàn)時(shí)通過(guò)承壓舟兩側(cè)吃水差與船寬的比值來(lái)確定V型坡度，測(cè)得了V型坡度分別約為0.5%、1.0%和1.5%時(shí)各軸的軸重。

2.2 V型坡模型試驗(yàn)

由于受現(xiàn)場(chǎng)條件限制，V型坡實(shí)橋試驗(yàn)時(shí)V型坡度很難調(diào)整到理想角度，尤其在坡度較大時(shí)，試驗(yàn)實(shí)施起來(lái)非常困難，隨后在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了V型坡模型試驗(yàn)，選用的模型是按六軸載重掛車24：1縮放而成，仿真度接近真車，掛車車軸仿真減震，大載重掛車模型示意圖如圖3所示。試驗(yàn)時(shí)通過(guò)砝碼來(lái)調(diào)節(jié)車身整體的重量分布，通過(guò)電子秤來(lái)測(cè)量各車軸的軸重，試驗(yàn)時(shí)將掛車模型放置在如圖4中所示的試驗(yàn)臺(tái)上，試驗(yàn)臺(tái)由兩塊板鉸接而成，通過(guò)兩端的旋鈕調(diào)節(jié)端部高度造成不同的V型坡度。車輛處于不同位置時(shí)，車輛軸重變化也會(huì)不同，模型試驗(yàn)時(shí)考慮了八種典型車輛位置，分別如表1所示。試驗(yàn)時(shí)，首先在水平的木板上布置電子秤，將掛車模型放置在木板上，使各輪胎都置于電子秤上，測(cè)量各軸的軸重，通過(guò)旋鈕調(diào)整V型坡度，分別記錄坡度為1%、2%、3%和4%時(shí)各軸的軸重。

八種工況位置說(shuō)明如下：工況1中車輛的5軸位于接頭處，V型坡度增加時(shí)，4軸和5軸軸重減小，6軸軸重增加但變化較??；工況2中車輛的4軸位于接頭處，V型坡度增加時(shí)，4軸和5軸軸重減小，3軸和6軸軸重增加；V型坡度較大時(shí)，4軸不承載，6軸軸重變化很大；工況3中車輛的3軸和4軸之間但靠近4軸部位位于接頭處，V型坡度增加時(shí)，4軸軸重減小，2軸和6軸軸重增加，且6軸軸重變化很大；工況4中車輛的3軸和4軸正中間部位位于接頭處，V型坡度增加時(shí)，3軸和4軸軸重減小，2軸和6軸軸重增加，且6軸軸重變化較大；工況5中車輛的3軸和4軸之間但靠近3軸部位位于接頭處，V型坡度增加時(shí)，3軸和4軸軸重減小，2軸和6軸軸重增加，且6軸軸重變化較大；工況6中車輛的3軸位于接頭處，V型坡度增加時(shí)，3軸和4軸軸重減小，2軸和6軸軸重增加，但軸重變化較??；工況7中車輛的2軸和3軸中間部位位于接頭處，V型坡度增加時(shí)，3軸和4軸軸重減小，2軸和5軸軸重增加，但軸重變化較?。还r8中車輛的2軸位于接頭處，V型坡度增加時(shí)，2軸軸重減小，3軸軸重增加；V型坡度較大時(shí)，2軸不承載，3軸軸重變化很大。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 V型坡實(shí)橋試驗(yàn)結(jié)果

采用140t六軸載重掛車，分別測(cè)量了V型坡度為0.5%、1.0%和1.5%時(shí)各軸的軸重變化情況，總結(jié)于表1。隨著V型坡度增加，3軸、4軸和5軸的軸重減小，1軸、2軸和6軸的軸重增加。本次實(shí)橋試驗(yàn)時(shí)，V型坡度增加1%，1軸、2軸和6軸的軸重分別增加了2.8%、5.9%和6.8%。

3.2 V型坡模型試驗(yàn)結(jié)果

V型坡度為3%時(shí)各典型工況掛車軸重變化情況如表2所示。同一坡度下，不同工況車輛位置不同，軸重變化會(huì)不同。掛車處于不同位置時(shí)，其1軸、2軸、3軸、5軸和6軸的軸重都可能會(huì)增加，而4軸的軸重只可能減小，因?yàn)?軸處于貨箱中間部位，隨著V型坡度增加，4軸的負(fù)荷減小，相應(yīng)重量由其它車軸承擔(dān)。

當(dāng)掛車的4軸處于承壓舟連接部位時(shí)（工況2），在V型坡度較大時(shí)4軸容易懸空，5軸負(fù)荷也迅速減小，相應(yīng)重量大部分由6軸重承擔(dān)，此時(shí)6軸的軸重增加很多，易引發(fā)事故，較為危險(xiǎn)。該工況下，V型坡度為1%時(shí)，6軸的軸重增加20.7%；V型坡度為2%時(shí)，6軸的軸重增加28.9%；V型坡度為3%時(shí)，6軸的軸重增加43.6%；V型坡度為4%時(shí)，4軸車輪懸空，6軸的軸重增加58.4%。當(dāng)掛車的2軸處于承壓舟連接部位時(shí)較為危險(xiǎn)（工況8），在V型坡較大時(shí)2軸容易懸空，3軸的軸重變化較大。該工況下，V型坡度為1%時(shí)，3軸的軸重增加15.8%；V型坡度為2%時(shí)，3軸的軸重增加36.6%；V型坡度為3%時(shí)，3軸的軸重增加47.4%%；V型坡度為4%時(shí)，2軸車輪懸空，3軸的軸重增加54.7%。

3.3 實(shí)橋試驗(yàn)與模型試驗(yàn)結(jié)果比較

V型坡實(shí)橋試驗(yàn)時(shí)車輛位置與模型試驗(yàn)工況5車輛位置類似，3軸和4軸之間但靠近3軸部位位于承壓舟連接處。通過(guò)對(duì)工況5的數(shù)據(jù)分析，各軸在V型坡度變化1%時(shí)軸重平均變化分別為2.2%、4.5%、-4.2%、-10.6%、-1.2%和7.4%，V型坡度實(shí)橋試驗(yàn)各軸在V型坡度變化為1%時(shí)軸重平均改變?yōu)?.8%、5.9%、-8.6%、-9.2%、-1.7%和6.8%，二者數(shù)據(jù)相差較小，V型坡實(shí)橋試驗(yàn)和模型試驗(yàn)結(jié)果較好吻合。

4 許用V型坡度研究

承壓舟浮橋?qū)嶋H營(yíng)運(yùn)時(shí)，V型坡度不宜過(guò)大，否則可能會(huì)引起個(gè)別軸重過(guò)大，導(dǎo)致爆胎甚至斷軸等重大事故發(fā)生，會(huì)帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)損失甚至人員傷亡，影響承壓舟浮橋安全營(yíng)運(yùn)。根據(jù)多年承壓舟浮橋營(yíng)運(yùn)經(jīng)驗(yàn)，重載掛車車軸的軸重增加50%，重載時(shí)較易發(fā)生爆胎甚至斷軸事故。為了保證重載掛車安全通行及承壓舟浮橋安全營(yíng)運(yùn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，V型坡度為3%時(shí)，車輛在不同位置3軸和6軸最大會(huì)分別增加47.4%和43.6%，而V型坡度為4%時(shí)，3軸和6軸的軸重將會(huì)分別增加54.7%和58.4%。因此，從保證承壓舟浮橋安全營(yíng)運(yùn)角度出發(fā)，V型坡度建議不要超過(guò)3%。

5 結(jié)論

本文對(duì)第四代承壓舟浮橋V型坡引起的軸重變化進(jìn)行了研究，首先進(jìn)行了實(shí)橋試驗(yàn)，由于實(shí)橋試驗(yàn)時(shí)V型坡度很難超過(guò)2%，隨后在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了V型坡模型試驗(yàn)。根據(jù)承壓舟浮橋營(yíng)運(yùn)經(jīng)驗(yàn)，分析了承壓舟浮橋許用V型坡度，通過(guò)本文研究，可得出以下結(jié)論：

（1）對(duì)于六軸載重掛車，隨著V型坡度增加，3軸、4軸和5軸的軸重減小，1軸、2軸和6軸的軸重增加。實(shí)橋試驗(yàn)時(shí)V型坡度增加1%，1軸、2軸和6軸的軸重分別增加2.8%、5.9%和6.8%。

（2）V型坡度模型試驗(yàn)考慮了車輪處于不同位置時(shí)軸重變化，其中掛車的2軸和4軸處于承壓舟連接部位時(shí)較為危險(xiǎn)。掛車的2軸處于承壓舟連接部位時(shí)，在V型坡達(dá)到4%時(shí)，掛車2軸懸空。掛車的4軸處于承壓舟連接部位時(shí)，在V型坡達(dá)到4%時(shí)，掛車4軸懸空。六軸重載掛車的3軸和6軸在V型坡度變化時(shí)軸重變化較大，在V型坡度為2%時(shí)，分別增加36.6%和28.9%，在V型坡度為3%時(shí)，分別增加47.4%和43.6%，在V型坡度為4%時(shí)，分別增加54.7%和58.4%。

（3）V型坡實(shí)橋試驗(yàn)時(shí)，車輛的3軸和4軸之間但靠近3軸部位位于承壓舟連接處，車輛位置與試驗(yàn)工況5基本相同。V型坡度實(shí)橋試驗(yàn)時(shí)各軸在V型坡度變化1%時(shí)軸重改變分別為2.8%、5.9%、-8.6%、-9.2%、-1.7%和6.8%，相應(yīng)的模型試驗(yàn)時(shí)各軸軸重變化量分別為2.2%、4.5%、-4.2%、-10.6%、-1.2%和7.4%，實(shí)橋試驗(yàn)與模型試驗(yàn)結(jié)果較好吻合。

（4）為了承壓舟浮橋安全營(yíng)運(yùn)，避免重載掛車在浮橋上行駛時(shí)出現(xiàn)爆胎甚至斷軸等嚴(yán)重事故，建議承壓舟浮橋營(yíng)運(yùn)時(shí)最大V型坡度不超過(guò)3%。

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